Автоматизация процессов горения

Многие процессы в химической, пищевой промышленности, в производстве тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и др. связаны с процессом горения. Стекловаренная печь, тоннельная хлебопекарная печь, печь обжига силикатного кирпича, тканеопаливающая машина – во всех этих агрегатах процесс горения занимает основное место. Разберем особенности автоматизации процесса горения.

Автоматизация процесса горения выполняет следующие задачи:

– повышение надежности и безопасности процесса горения;

– устранение проблемы перерасхода топлива;

– снижение предельно допустимых выбросов вредных веществ.

При автоматизации любого объекта, где присутствует горение, необходимо контролировать и регулировать ряд параметров.

Регулирование:

– поддержание оптимального соотношения топливо-воздух;

– поддержание температурного режима;

– поддержание аэродинамического режима объекта;

– поддержание давления разряжения на выходе дымовых газов.

Контроль:

– температура в каждой рассматриваемой зоне объекта;

– разряжение в технологическом объекте и на выходе дымовых газов;

– давление газа, подаваемого на горение;

– давление воздуха, подаваемого на горение.

Для безопасного осуществления процесса горения необходимо прекращать (отсекать) подачу газа к горелкам в случае отклонения от регламентных значений следующих параметров:

– давления газа на подводящем трубопроводе;

– давления воздуха перед горелочными устройствами;

– разряжения на выходе дымовых газов;

– концентрации природного газа в рабочей зоне;

– температуры дымовых газов на выходе объекта;

– концентрации О₂, СО, СО₂ в дымовых газах;

– отсутствие пламени на горелочных устройствах.

 

В качестве примера рассмотрим систему автоматического управления топкой сушильного барабана (рис. 10). В топку на горение (1 горелка) подается природный газ и воздух. Предусмотрено: регулирование температуры в топке 1000 ± 50 °С за счет изменения подачи газа (контур1); регулирование соотношения подачи природный газ:воздух (1:3) на топку за счет подачи воздуха на горение (контур 2); контроль давления подачи природного газа на топку
1,6 ¸1,65 кПа (контур 3); контроль давления подачи воздуха на топку
0,12 ¸ 0.15 МПа (контур 4); контроль наличия пламени горелки (контур 5); при отклонении давления газа и воздуха на печь от регламентных значений, при погасании пламени горелки предусмотрена блокировка подачи природного газа.

 

Рис. 10. Свернутая схема автоматизации топки сушильного барабана

 

Для автоматизации применим отечественный РС совместимый многофункциональный контроллер средней информационной мощности ТКМ-700
(рис. 11). В качестве датчиков выберем аналоговые датчики фирмы «Метран», для контроля наличия пламени горелки выберем комплект из фотодатчика и блока контроля пламени с дискретным сигналом на выходе (поз. 5а, 5б). В качестве регулирующих органов выберем клапаны регулирующие, отсечные и регулирующе-отсечные фирмы «ЛГ автоматика» с электроприводом МЭПК.

 

Рис. 11. Развернутая схема автоматизации топки сушильного барабана

 

 

Типы выбранных приборов и средств автоматизации представлены в спецификации (табл. 8).

Таблица 8

Спецификация на приборы и средства автоматизации

Номер поз. по схеме	Наименование и краткая характеристика прибора	Тип прибора	Количество	Примечание
Многофункциональный контроллер ТКМ -700, работающий совместно с ПЭВМ
1а	Преобразователь температуры, диапазон измерения 500 ¸ 1200 °С	Метран 280
2а	Диафрагма фланцевая камерная, Ру = 0,6 МПа; dу = 20 мм	ДФК - 0,6 - 20
2б	Датчик измерения перепада давления (расхода), токовый сигнал на выходе 4 ¸ 20 мА	Метран - 150 СD2
3а, 4а	Датчик избыточного давления, верхний предел измерения 0,2 МПа, токовый сигнал на выходе 4 ¸ 20 мА	Метран - 150 CG3
5а	Фотоэлектрический датчик	ФД
5б	Блок контроля пламени, преобразующий сигнал датчика ФД в дискретный сигнал при погасании пламени горелочного устройства; U = 220 В; мощность 6 ВА	БКП ФД
1б, 2в, 6а	Пускатель бесконтактный реверсивный U = 220 В	ПБР – 2М
1в	Клапан малогабаритный регулирующий с электроприводом МЭПК, Ру = 1,6 МПа; dу = 20 мм, tсреды = - 40 ¸ 225 °С, материал корпуса нержавейка	КМР.Э 101 НЖ 20 0,16 Р УХЛ (1)
2г	Клапан малогабаритный регулирующе-отсечной с электроприводом МЭПК, Ру = 1,6 МПа; dу = 65 мм, tсреды = - 40 ¸ 225 °С, материал корпуса нержавейка	КМРО. Э 101 НЖ 65 10 Р УХЛ (1)
6б	Клапан малогабаритный отсечной с электроприводом МЭПК, быстроотсечной, Ру = 1,6 МПа; dу = 20 мм, tсреды = - 40 ¸ 225 °С, материал корпуса нержавейка	КМО.Э 101 НЖ 20 УХЛ (1)